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直升机自动过渡控制系统设计及可视化仿真技术研究

陈拥兵  
【摘要】: 本文对直升机在飞行包线内的动力学描述方法进行了探讨,通过对结构 奇异值(μ)理论及其在系统鲁棒性分析和系统综合中的应用方法研究,设计了 直升机纵向控制系统,并由此设计了自动过渡控制系统。本文还对可视化仿 真技术进行了研究。 首先,本文对如何利用有限飞行状态下的小扰动方程来描述直升机在整 个飞行包线内的动力学关系进行了研究,提出了用曲线拟合各飞行状态下小 扰动方程系数,用乘法不确定表示其误差和未建模动态,从而实现整个飞行 包线内动力学关系的描述,该方法在设计飞控系统时是可行的。 许多控制问题都可以用线性分式变换(LFT)结构来表示。本文对如何利用 LFT描述控制系统(包括结构摄动)进行了研究。结构奇异值理论是鲁棒控制 理论的一个重要分支,在分析和设计控制系统方面具有可综合考虑结构摄动、 保守性小等优点。本文对μ理论进行了研究,并对如何利用该理论进行鲁棒 性分析和系统综合进行了讨论,为设计和分析控制系统提供了理论依据。 针对直升机自动过渡的特点,在选择合适的设计点的基础上,我们构造 了纵向闭环控制系统的结构,并通过分析,合适选择了系统中各权阵。接着 利用μ综合理论,借助MATLAB等工具,在各个设计点设计出了控制器。在 对控制器进行降阶处理的基础上,利用μ分析理论对设计的控制系统进行了 分析,结果表明所设计的系统无论是鲁棒稳定性还是鲁棒性能均满足设计指 标。从时域仿真结果来看,也满足设计要求。另外,在控制器进行切换采用 加入软化环节的方法。 通过对直升机自动过渡过程的分析,我们找出了其特点。根据其特点和 设计要求,我们设计出了自动过渡理想曲线,结合已经设计的纵向控制器, 构成纵向自动过渡控制系统。文中还对设计的系统进行了自动过渡全过程时 域仿真,结果表明已经达到了预期的设计目的。 另外,本文还对飞控系统可视化仿真技术进行了探讨,设计了一个简单 的可视化仿真系统。


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